ДОПОГ. Специализированный курс по перевозке в цистернах
Бульдозеры и бульдозерно-рыхлительные агрегаты. Назначение, классификация и область применения
Бульдозер является навесным, в виде отвала с ножом, оборудованием к тракторам и тягачам и представляет собой самоходную землеройно-транспортную машину, предназначенную для послойного срезания грунтов и материалов и перемещения их на расстояние до 150 м. Бульдозеры предназначены для возведения насыпей, рытья котлованов и траншей, разравнивания отсыпанного грунта, выполнения планировочных и других работ. Из вспомогательных работ наиболее часто бульдозеры применяют для расчистки площадок от леса, кустарника, удаления растительного слоя, снега, негабаритных бутов, засыпки выемок, сооружения дамб, строительства и поддержания дорог и т. д. Помимо основного рабочего органа – отвала на раму бульдозера могут быть навешены устройства для толкания скреперов, рыхлители, кусторезы, канавокопатели, корчеватели и другое сменное оборудование, что значительно расширяет область применения бульдозеров. К параметрам, которыми характеризуются бульдозеры, относятся тяговое усилие; мощность двигателей базовой машины; положение центра масс; передняя рабочая и задняя скорости; длина продольной базы ходовой части; колея гусениц или колес; ширина гусениц или размер шин колес; дорожный просвет; радиус поворота; удельное давление и эпюра давлений на грунт; габаритные размеры.
Главным параметром бульдозера считается номинальное тяговое усилие, основными параметрами – масса и мощность. Бульдозеры классифицируют по назначению, типу ходовой части, конструкции рабочего оборудования, форме и назначению рабочего органа, типу привода рабочего оборудования и номинальному тяговому усилию базовой машины (тяговому классу по мощности двигателя). По назначению различают бульдозеры общего назначения и специальные.
Бульдозеры общего назначения используют для выполнения основных видов землеройно-транспортных и вспомогательных работ на различных грунтах и породах как в климатических условиях умеренной зоны с температурой окружающей среды ±400 С (бульдозеры обычного исполнения), так и в условиях холодного климата с температурой воздуха до –600 (бульдозеры в северном исполнении). В маркировке последних ставятся буквы “ХЛ”.
Специальные бульдозеры предназначены для выполнения целевых работ в, специфических грунтовых или технологических условиях. Выпускают бульдозеры-путеукладчики, используемые при прокладке дорог и железнодорожных путей, бульдозеры-толкачи – для работы со скреперами, трюмные бульдозеры – для штабелирования материалов и полезных ископаемых в трюмах судов, подземные бульдозеры – для работы в шахтах, штольнях, тоннелях, подводные бульдозеры – для работы в воде. Иногда к специальным относят и бульдозеры для работы в условиях холодного климата.
По типу ходовой части выпускают гусеничные и пневмоколесные бульдозеры.
Гусеничные бульдозеры распространены наиболее широко, так как могут быть использованы в тяжелых грунтовых условиях.
Пневмоколесные бульдозеры применяют в более легких грунтовых условиях и при необходимости частого перебазирования с объекта на объект.
На горных предприятиях применяются преимущественно бульдозеры на гусеничном ходу, но в последние десятилетия находят все более широкое применение и колесные бульдозеры, которые по сравнению с гусеничными обладающие большей маневренностью и мобильностью, имеют более выгодное соотношение веса, мощности и скорости, а следовательно, в ряде случаев являются более производительными и экономичными. Эти машины не нуждаются в трейлере при их транспортировании по дорогам с твердым покрытием.
Наряду с высокими качествами весьма подвижной и скоростной машины, колесные бульдозеры отличаются меньшими усилиями заглубления ножа в породу, худшим сцеплением колес с грунтом, значительным износом шин, особенно при разработке разрыхленных скальных пород и при перемещении по неровному скальному основанию. Срок службы их меньше, чем гусеничных бульдозеров. Несмотря на это колесные бульдозеры являются весьма перспективными машинами, получающими все большее распространение в самых разнообразных, в том числе и сложных, горнотехнических условиях карьеров.
По конструкции рабочего оборудования различают бульдозеры с неповоротным отвалом в плане, с поворотным отвалом и универсальные. В бульдозерах с неповоротным отвалом последний установлен перпендикулярно продольной оси базовой машины, жестко связан с толкающими брусьями и может подниматься и опускаться только в вертикальной плоскости вместе с передними концами брусьев. Бульдозер этого типа транспортирует разрабатываемую породу в направлении движения трактора. Для перемещения породы в сторону от пути движения необходимо изменять направление движения трактора или выполнять эту работу другим бульдозером.
В бульдозерах с поворотным отвалом он может быть установлен как перпендикулярно продольной оси машины, так и под определенным углом в горизонтальной плоскости в обе стороны от основного положения. Такие бульдозеры могут транспортировать разрабатываемый материал в направлении движения трактора и перемещать его в сторону от пути его движения. Универсальные бульдозеры оборудованы шарнирно-сочлененным отвалом из двух одинаковых частей, которые могут быть установлены перпендикулярно продольной оси машины, под углом в одну любую сторону или под углом в разные стороны и могут перемещать материал по ходу движения трактора, перемещать его в одну или в две стороны от направления движения. Иногда универсальными бульдозерами называют и бульдозеры с поворотным отвалом.
В большинстве бульдозеров всех названных типов отвал может поворачиваться в вертикальной плоскости вперед-назад по ходу машины в вертикальной плоскости, изменяя угол резания в пределах 4…60, и в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси машины, обеспечивая угол поперечного перекоса от 00 до 12 0 в обе стороны для облегчения разработки тяжелых грунтов и материалов и проведения планировочных и зачистных работ на наклонных площадках.
Универсальные бульдозеры и бульдозеры с поворотным отвалом приспособлены для выполнения всех перечисленных выше работ, причем большинство из них выполняют более успешно, точно и с меньшими потерями перемещаемой породы в более сложных условиях эксплуатации, чем машины с неповоротным отвалом. Однако у последних ходовая часть изнашивается менее интенсивно, чем у бульдозеров с поворотным отвалом и универсальных. Вследствие этого универсальные бульдозеры, как правило, отличаются меньшей надежностью в эксплуатации. Они также более сложны в обслуживании и ремонте, а их стоимость обычно на 10 – 15 % выше стоимости бульдозеров с неповоротным отвалом.
Бульдозеры с поворотным отвалом и универсальные наиболее целесообразно применять при производстве земляных и строительных работ, отличающихся часто изменяющимися разнородными процессами производства, там, где они наилучшим образом отвечают заданным условиям работы, особенно на строительстве дорог, насыпей, засыпке траншей, разработке грунтов на косогорах, спусках и т.п.
По форме рабочего органа различают прямой полусферический и сферический отвалы, по назначению – землеройный, скальный, снежный, угольный отвалы, а также отвалы для толкания скреперов, уборки древесных отходов, мусора.
У прямого отвала – одинаковая форма по всей ширине. Концы полусферического отвала загнуты вперед на ширину боковых ножей. У сферического отвала боковые секции выдвинуты вперед на 1/3 ширины отвала. Полусферические и сферические отвалы состоят из трех – пяти частей, установленных под углом около 150 один к другому, и предназначены для работы на кусковых и сыпучих материалах.
Для расширения области применения бульдозеры общего назначения и специальные снабжаются отвалами с челюстными гидроуправляемыми захватами для перемещения материалов на большие расстояния или под водой, отвалами с двумя отвальными поверхностями для работы передним и задним ходом, а также дополнительным быстросъемным сменным оборудованием – откосниками, открылками, уширителями, удлинителями, канавными вставками, лыжами, вилами, кусторезными вставками.
Землеройный отвал используют при разработке грунтов и насыпных материалов. Скальный отвал с лобовым листом большой толщины и усиленной металлоконструкцией предназначен для перемещения горных пород и крупнокусковых материалов. Снежный отвал, состоящий из двух половин, установленных под определенным углом одна к другой, применяют при уборке снега. Угольный отвал используют при складировании материалов. Отвал для толкания скреперов усиливают в средней части толстым листом. Отвалы для уборки древесных отходов и мусора изготовляют больших размеров и снабжают прорезным козырьком.
По типу привода рабочего оборудования (способу управления отвалом) различают бульдозеры с гидравлическим и канатно-блочным управлением.
При канатно-блочной системе управления опускание отвала и врезание ножей осуществляется под действием собственного веса отвала, а подъем его посредством стального каната, навиваемого на барабан лебедки, приводимой от вала отбора мощности коробки перемены передач трактора. У бульдозеров с гидравлическим управлением опускание и подъем отвала производятся с помощью гидроцилиндров, соединенных с подвижной рамой бульдозерного оборудования. Давление масла в системе гидравлического управления создается насосом, который приводится в движение от вала отбора мощности коробки передач.
Бульдозеры с канатно-блочным управлением до последнего времени были наиболее распространены на карьерах. Они отличаются простотой конструкции, достаточной надежностью, особенно при низких температурах. Вследствие возможности подъема отвала на достаточно большую высоту они имеют хорошую проходимость по пересеченной местности, при преодолении неровностей, канав, крутых подъемов и спусков. По сравнению с бульдозерами с гидравлическим управлением они имеют на 10 – 12% меньший вес, в связи с чем создают меньшее давление на грунт. Их канатная система способна развивать большие усилия при подъеме отвала вверх.
Наряду с достоинствами канатно-блочная система имеет серьезные недостатки, ограничивающие применение с таким управлением при проведении открытых горных работ. К их числу относится невозможность принудительного заглубления ножей отвала в породу, что резко снижает эффективность их применения в плотных и неразрыхленных породах. Поэтому в настоящее время большинство бульдозеров, работающих на карьерах, имеет гидравлическое управление. Бульдозеры с гидравлическим управлением обеспечивают заглубление отвала в породу, что позволяет разрабатывать не только плотные, слежавшиеся, предварительно неразрыхленные полускальные породы, но также грунты, промерзшие на глубину до 350 мм. Кроме того, на бульдозерах с гидравлическим управлением можно фиксировать положение отвала на определенной высоте, что облегчает труд машиниста и повышает точность и качество выполняемых работ. Значительные усовершенствования гидравлических систем управления, проведенные в последние десятилетия, позволили обеспечить их высокую надежность в различных условиях эксплуатации.
По номинальному тяговому усилию и мощности двигателя базового трактора бульдозеры делятся на классы.
Гусеничные бульдозеры общего назначения предусмотрены пяти типоразмеров с неповоротными и поворотными отвалами тяговых классов 3, 4, 10, 15, 25, 35 и 75. На колесные бульдозеры типажом предусмотрены восемь типоразмеров тягового класса 0,6; 0,9; 1,4; 3; 5; 10; 15; 25.
В настоящее время отечественные бульдозеры серийно выпускаются на базе гусеничных тракторов тяговых классов 100, 150, 250, 350 и 750 кН, на базе колесных тягачей – классов 60, 100 и 250 кН. Кроме классификации по приведенным выше признакам бульдозеры различаются по расположении кабины на базовой машине: обычно кабину размещают в задней или в средней её части, но на некоторых типах бульдозеров – впереди машины со стороны бульдозерного оборудования.
Колесные бульдозеры могут быть с жесткой и шарнирно-сочлененной рамой; с механической, гидромеханической и электромеханической трансмиссией; с дизельным и дизель-электрическим приводом.
Среди технических средств мобильной техники на карьерах применяют также рыхлители и бульдозеры-рыхлители (бульдозерно-рыхлительные агрегаты), работающие, как правило, с гусеничными тракторами.
Рыхлитель представляет собой прицепное или навесное оборудование к трактору, которое может разрушать горную породу, отделяя ее от массива в виде крупных глыб или кусков.
Рыхлители служат для предварительного рыхления в основном тяжелых и плотных пород с коэффициентом крепости 4 – 6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, которые не могут быть эффективно и экономично разрушены экскаваторами, бульдозерами, скреперами. Они могут работать на различных грунтах в зависимости от мощности тягача и конструкции рыхлителя. Ограничивают их применение только монолитные нетрещиноватые породы вулканического происхождения (граниты, гнейсы, кварциты, базальты и др.). Наиболее целесообразно использовать рыхлители на плотных глинах, мергелях, сланцах, песчаниках, известняках, трещиноватых известняковых доломитах, на легко разбросанных и выветрившихся скальных породах. Мрамор, гнейс, кварцит и другие породы метаморфического происхождения хорошо разрушаются рыхлителем при наличии трещин или слоистой структуры. Рыхлители находят применение также на мерзлой корке мягких пород. С повышением влажности горных пород обычно облегчается процесс их рыхления. Рыхлители часто используются в комплекте с другими машинами: бульдозерами, скреперами, погрузчиками и экскаваторами. Возможность механического рыхления грунтов позволяет отказаться от применения буровзрывных работ или значительно уменьшить их объем.
По сравнению с буровзрывными работами механическое рыхление в ряде случаев оказывается более экономичным. Стоимость рыхления навесными рыхлителями известняков, песчаников, сланцев, мергелей составляет 18 – 55% стоимости их рыхления буровзрывным способом , а в отдельных случаях оказывается ниже в два – три раза.
Помимо экономической целесообразности применение рыхлителей имеет и ряд других преимуществ:
- высокая маневренность тракторов с рыхлителями облегчает ведение послойной раздельной выемки;
- возможность достижения различной степени рыхления в зависимости от машин, применяемых для дальнейшей разработки;
- однородность рыхления пород, отсутствие негабаритных кусков, обычно неизбежных при буровзрывных работах;
- возможность применения вследствие мелкого рыхления для погрузки пород в транспортные средства погрузчиков вместо экскаваторов и бульдозеров для перемещения разрыхленной горной массы на небольшие расстояния;
- отсутствие необходимости в создании складов взрывчатых веществ, содержании буровзрывного оборудования, применении транспортных средств для перевозок инструмента, взрывчатых материалов и т. д.;
- высокая производительность рыхлителей и небольшие трудовые и материальные затраты, безопасность ведения работ вследствие отказа от применения взрывчатых материалов.
В дорожном строительстве преимущественное распространение получили навесные рыхлители с гидравлическим управлением. Это вызвано их важными преимуществами перед прицепными рыхлителями. Для обеспечения необходимого усилия при внедрении зубьев рыхлителя в породу требуется, как правило, дополнительно утяжелять его конструкцию. У навесного рыхлителя для этого используется вес трактора. Агрегаты с навесными рыхлителями обладают меньшими размерами, большей маневренностью, что важно при работе в сложных и стесненных условиях. Навесные рыхлители всю силу тяги трактора используют на рыхление, в то время как у прицепных часть ее расходуется на преодоление сопротивления перемещению самого рыхлителя. Кроме того, отсутствие ходовой тележки у навесного рыхлителя значительно упрощает и удешевляет его конструкцию. Рыхлители желательно устанавливать на тракторах мощностью не менее 150 кВт, имеющих достаточно жесткую подвеску опорных роликов гусеничного хода.
Навесные рыхлители классифицируют по назначению, способу передвижения, мощности тягача и конструктивным признакам. Они подразделяются на машины общего назначения и специальные. Рыхлители общего назначения оборудуются тремя, пятью (редко семью) зубьями и предназначаются для рыхления пород на глубину от нескольких десятков сантиметров до 1 м. Для рыхления пород на глубину более 1 м существуют специальные рыхлители с одним или тремя зубьями, в зависимости от требуемой глубины рыхления, крепости и вязкости разрыхляемых пород. В ряде случаев эти рыхлители работают с толкачом, создающим дополнительное тяговое усилие. Специальные рыхлители создаются для рыхления маломощных прослойков пустых пород, выравнивания рабочих площадок, устройства подъездов к экскаваторам, зачистки кровли пласта, уборки просыпавшегося при погрузке материала, перемещения негабаритных кусков породы и т. д.
Специальные рыхлители по мощности разделяют на сверхмощные (мощность двигателя трактора свыше 220 кВт), мощные (110 – 220 кВт), средней мощности (58 – 110 кВт) и легкие (меньше 58 кВт) с тяговым усилием тракторов соответственно 300 и более, 200 – 300, 130 – 200 и до 130 кН.
В дорожном строительстве наибольшее применение имеют рыхлители на базе тракторов ДТ-75, Т-130, Т-180 и ДЭТ-250. На тракторах Т-130 и Т-180 используются рыхлители Д-576А и Д-576Б. Они имеют от одного до трех зубьев, шаг зубьев 750 мм, при наибольшем тяговом усилии (150 кН) глубина рыхления составляет до 500 мм. Более мощным рыхлителем является рыхлитель Д-652А на тракторе ДЭТ-250. Это также одно – трехзубый рыхлитель с шагом зубьев 1020 мм, максимальной глубиной рыхления 700 мм. К этому трактору с рыхлителем могут быть приданы также кусторез, корчеватель и другое навесное оборудование.
Заслуживают внимания одностоечный рыхлитель ДП-26 на тракторе Т-130, установленная мощность которого равна 118 кВт, и трехстоечный рыхлитель ДП-9С (северная модификация) с жестким креплением зубьев на тракторе ДЭТ-250. Характерным для этих машин является гидравлическое управление из кабины водителя одновременно глубиной и углом резания. Рыхлитель в северном исполнении предназначен для рыхления плотных глинистых пород и мощной мерзлой корки толщиной до 750 мм. Наиболее мощные рыхлители выпускаются на базе тракторов Чебоксарского тракторного завода с мощностью двигателей 162 – 243 и 368 кВт. Рыхлители ДП-10С на базе трактора Т-330 имеют три зуба с жестким креплением и расстоянием между осями крепления 950 мм. И обеспечивают глубину рыхления – 700 мм. Рыхлители на базе трактора Т- 500 могут обеспечить глубину рыхления до 1000 мм, а на базе трактора Т-800 – 1200 мм и более.
Наибольшее распространение на в дорожном строительстве имеют бульдозерно-рыхлительные агрегаты с гидравлическим управлением на базе тракторов Т-130, ДЭТ-250М, Т-330, Т-500 и Т-800 (табл. 6.2). Среди бульдозеров промышленного назначения модели Т-35.01 Р-1 Челябинского АО «Уралтрак» и ДЗ-109 Алтайского моторного завода (АМЗ) имеют неповоротный отвал.
АО «Уралтрак» на базе трактора ДЭТ-250М выпускал бульдозер с неповоротным отвалом ДЗ-118 и бульдозер-толкач ДЗ-121, а на базе трактора Т-330 изготовляет бульдозер Т-330 Р1-02 с неповоротным и поворотным отвалами, а также модификацию в северном исполнении ДЗ-124ХЛ. Бульдозер ДЗ-118 с неповоротным отвалом агрегатируется на тракторе ДЭТ-250М, на котором может также одновременно навешиваться и рыхлительное оборудование.
Бульдозер ДЗ-60ХЛ с поворотным отвалом на базе трактора Т-330 предназначен для работы в условиях температур до -60°. Управление отвалом – 7 гидравлическое, установка поперечного перекоса ± 6° осуществляется гидрораскосами. Кабина оператора — двухместная с тепловой и звуковой изоляцией, имеет подрессоренное сиденье, регулируемое по весу и росту машиниста. Трактор имеет 8-цилиндровый дизель воздушного охлаждения с газотурбинным наддувом 8ДВТ-330А. Кроме бульдозерного оборудования на трактор навешивается 4-х звенный рыхлитель с изменяемым углом рыхления.
Наиболее мощным отечественным колесным бульдозером является модель ДЗ-113 НПО «ВНИИстройдормаш». Он предназначен для различных земляных работ большого объема в грунтах до IV категории включительно. Базовым трактором бульдозера ДЗ-113 является специальное шасси с шарнирно-сочлененной рамой тягового класса 250 кН, мощностью двигателя 405 кВт и скоростью передвижения до 50 км/ч. Отвал бульдозера имеет угол резания 55° и возможность поперечного перекоса ±15°. Навесной рыхлитель может иметь от одного до трех зубьев с расстоянием установки между ними 850 мм. Глубина рыхления не более 700 мм. Углы установки зуба рыхлителя 30-83°. Управление отвалом и рыхлителем — с помощью гидросистемы базового трактора.
Конструктивные особенности рыхлителей и бульдозерно-рыхлительных агрегатов и их классификация по конструктивным признакам рассмотрены в разделе. Несмотря на многие положительные стороны механического рыхления плотных пород и его экономические и технические преимущества по сравнению с буровзрывными работами рыхлители пока не получили широкого распространения на отечественных карьерах. Одной из причин этого является недостаточное количество мощных тракторных рыхлителей и бульдозерно-рыхлительных агрегатов, выпускаемых промышленностью России.
Основные параметры бульдозеров и их расчёт
Основными параметрами отвала бульдозера являются: длина отвала L; высота отвала Н; угол резания δ; угол заострения ножа β и задний угол α; угол захвата φ, т.е. угол поворота отвала в плане; угол зарезания ν, т.е. угол перекоса отвала в вертикальной плоскости ( Рис.2.2,а ).
При проектировании отвала необходимо определять также параметры профиля поверхности отвала:
длину прямолинейного участка в нижней части поверхности отвала а; радиус криволинейного участка поверхности отвала R; угол отваливания ψ высоту козырька H1 и угол его установки ψ 1.
Длина отвала. Минимальная длина отвала L выбирается так, чтобы отвал перекрывал габарит базовой машины по ширине и выступающие части толкающей рамы не менее, чем на 100 мм с каждой стороны. Это требование должно удовлетворяться при отвале, повернутом на угол φ0 ( Рис. 2.2, в ). Соблюдение этого требования обеспечивает возможность работы бульдозера траншейным способом и по одному следу.
Увеличение длины отвала сверх указанной нецелесообразно, так как ведет к понижению удельной (т.е. приходящейся на единицу длины) свободной силы тяги и удельного усилия заглубления, а также к увеличению массы отвала.
Для работы в легких грунтовых условиях и особенно на сыпучих грунтах длина отвала может увеличиваться за счет применения съемных уширителей, устанавливаемых под углом 15-30° к режущей кромке ножа.
Желательно обеспечить перевозку бульдозера по железной дороге без разборки.
В связи с увеличением длины поворотных отвалов рекомендуется в конструкции поворотных отвалов предусматривать быстросъемные концевые части. Длина средней части отвала при этом должна выбираться так же, как длина неповоротных отвалов.
Это позволяет легче решить проблему транспортирования бульдозера по железной дороге. Бульдозеры с номинальным тяговым усилием менее 100 кН могут не иметь съемных концевых частей на отвале.
Высота отвала определяется силой тяги, и грунтовыми условиями, для которых предназначается проектируемый бульдозер (Рис. 1.3).
Значение высоты отвала может быть определено:
где G – сила тяжести бульдозера (при проектировании новых бульдозеров значение G может приниматься равным 1,17…1,22 силы тяжести базовой машины), Н;
fсц – коэффициент сцепления (для бульдозеров значение fсц может приниматься равным: 0,6 – для гусеничных и 0,5 – для колесных сельскохозяйственных тракторов и соответственно 0,9 и 0,6 – для промышленных тракторов).
Приведенные выше уравнения для определения высоты отвала бульдозера справедливы для бульдозеров с номинальной силой тяги до 400 кН (40 т). При больших значениях силы тяги высота отвалов может ориентировочно определяться по тем же уравнениям, но с коэффициентами при вторых членах уравнений, равными единице.
Отвалы универсального назначения рекомендуется снабжать козырьком, препятствующим пересыпанию грунта через отвал при толчках, на подъемах и в случаях, если процесс движения стружки по отвальной поверхности нарушается.
Высота козырька H1 (по вертикали) должна составлять 0,1…О,25 от высоты отвала Н. При определении высоты отвала и козырька необходимо учесть требование обеспечения хорошего обзора при подъеме отвала в транспортное положение.
Угол резания δ, угол заострения ножа β и задний угол α (Рис. 2.2, б) связаны между собой зависимостью
δ = α + β , (2.4.)
что необходимо учитывать при назначении величин этих углов и пределов их изменения. Угол резания оказывает большое влияние на энергоемкость процесса резания, поскольку при уменьшении величины этого угла значительно снижается сила сопротивления резанию.
При снижении заднего угла до значений, близких к нулю, и особенно при отрицательных значениях заднего угла, энергоемкость рабочего процесса резко возрастает вследствие трения задней грани ножа о грунт.
С учетом этих обстоятельств угол резания, измеренный в исходном положении бульдозера (при стоянке бульдозера на горизонтальной площадке с отвалом, опущенным до касания лезвия ножа с грунтом), рекомендуется принимать для неповоротного отвала δ = 55° и для поворотного отвала δ = 50…55°. Уменьшение угла резания ниже этих значений возможно только при принудительном заглублении отвала. Уменьшать угол резания ниже 45° вообще не рекомендуется.
Угол заострения β в значительной мере определяет характер изменения удельного давления ножа на грунт по мере износа его режущей кромки, чем меньше угол заострения, тем в меньшей степени будет увеличиваться площадка износа ножа по мере его износа и дольше будет обеспечиваться высокое удельное давление на режущей кромке. Значение угла заострения β рекомендуется принимать не более 30°.
Величина заднего угла α исходя из условия работы бульдозера траншейным способом должна быть не меньше величины углов подъема и спуска, т.е. углов, образуемых поверхностью земляного откоса с горизонтом. При штабелировании и работе методом «через вал» возможны случаи, когда задний угол должен приближаться к сумме углов спуска и подъема (углов, образуемых поверхностью земляного откоса с горизонтом).
Величина заднего угла определяет в значительной мере конструкцию тыльной стороны отвала, элементы которой, в частности, коробка жесткости не должна входить в пределы заднего угла α (Рис. 2.2, б).
При чрезмерно малых значениях заднего угла отвал (при изменениях уклона поверхности) может опираться на тыльную часть коробки жесткости, что приводит к снижению качества работ и потерям части набранного грунта.
Рекомендуется принимать задний угол α = 30… 35°. Наименьшим допустимым значением этого угла следует считать α = 20°.
Угол захвата φ выбирается (Рис. 2.2, в) исходя из требования смещения грунта поворотным отвалом в сторону. Практически установлено, что при углах захвата, больших 55…60°, грунт плохо сдвигается в сторону. Применение бульдозеров с поворотным отвалом при таких углах захвата целесообразно только на некоторых специфичных работах: сооружении террас, разработке выемок на косогорах и т.д. При производстве работ, выполняемых путем непрерывного движения бульдозера вдоль фронта работ (при засыпке траншей, разравнивании валов и т.д.), когда требуется интенсивное перемещение грунта в сторону, угол захвата должен быть не больше 45… 50°. Возможность увеличения угла захвата ограничивается допустимым смещением вперед центра тяжести бульдозера, который в транспортном положении должен отстоять от середины опорной поверхности гусениц не более чем на 1/6 длины этой поверхности при погруженных шпорах.
Угол зарезания ν. Возможность изменения угла зарезания (Рис. 2.2, г) облегчает производство работ на косогорах, позволяет улучшить качество планировочных работ, а также обеспечивает разработку более тяжелых грунтов, поскольку при увеличении угла зарезания облегчается заглубление отвала в грунт.
Устройства для изменения угла зарезания должны предусматриваться для бульдозеров с неповоротным отвалом с тяговым усилием свыше 30 кН (3 т), а также для бульдозеров с поворотным отвалом. У бульдозеров с тяговым усилием до 100 кН (10 т) изменение угла зарезания может выполняться с помощью перестановки раскосов упоров или посредством винтовых устройств. У бульдозеров с тяговым усилием свыше 100 кН эта операция должна быть механизирована или гидрофицирована.
Рекомендуемый диапазон изменения угла зарезания при наличии специального механизма для его регулирования составляет от нуля до ± (6…12°), при отсутствии такого механизма ± 5°.
Элементы профиля рабочей поверхности отвала и построение профиля. К элементам профиля рабочей поверхности отвала относятся длина прямолинейного участка в нижней части отвала, радиус кривизны криволинейной части поверхности R и угол отваливания ψ. Эти параметры вместе с высотой отвала Н и углом резания δ в значительной степени влияют на процесс набора грунта, размеры и объем набираемой призмы волочения и энергоемкость процесса копания и перемещения грунта. При оптимальных для данного грунта параметрах отвала процесс набора грунта происходит с непрерывным формированием и движением стружки по рабочей поверхности отвала и обрушением ее вперед после схода с поверхности отвала. Остальная, большая часть грунта, при этом перемещается перед отвалом волоком.
При несоответствии параметров отвальной поверхности грунтовым условиям процесс набора происходит без движения стружки по поверхности отвала, призма грунта растет при этом за счет выпирания срезаемой стружки через толщу набранного грунта или за счет вспучивания всей массы грунта. В этом случае наблюдается залипание рабочей поверхности отвала грунтом и пересыпание грунта через верхнюю кромку отвала. Энергоемкость рабочего процесса резко возрастает.
При известных значениях высоты отвала и угла резания форма профиля рабочей поверхности отвала полностью определяется параметрами а, R, ψ. Между этими параметрами имеется зависимость, вытекающая из схемы на Рис. 2.2, а:
Н = а × sin δ + R × (cos δ + cos ψ) . (2.5.)
Значения параметров а, R и ψ|) назначаются исходя из следующих соображений.
С точки зрения снижения энергоемкости процесса набора и перемещения грунта, наилучшие результаты обеспечиваются отвальной поверхностью переменной кривизны, с максимальной кривизной в нижней части отвала. Однако ввиду сложности выполнения такой поверхности обычно применяются отвалы с постоянным радиусом кривизны, с криволинейной поверхностью, начинающейся сразу же от ножа отвала. Длина прямолинейного участка профиля отвала выбирается при этом минимальной исходя из условий расположения ножа и крепления его к отвалу.
Значения угла отваливания ψ должны выбираться таким образом, чтобы исключалась возможность пересыпания грунта через отвал, которое может иметь место при завышенных значениях угла ψ. В то же время чрезмерное уменьшение угла отваливания ведет к увеличению залипания отвала и повышению энергоемкости процесса копания. Исходя из этих соображений угол назначается в пределах 70…75° для неповоротных отвалов и 65…75° – для поворотных отвалов.
Радиус кривизны поверхности отвала при заданных значениях остальных параметров находится из уравнения (2.5).
При выбранных параметрах значение R приближенно получается равным R = Н – для неповоротных отвалов и R = 0,8 Н – для поворотных отвалов.
Тяговый расчёт бульдозеров
Рассмотрим вопросы тягового расчета применительно к наиболее распространенному способу работы – лобовому толканию грунта при бестраншейном способе работ.
Тяговый расчёт бульдозера заключается в определении необходимого тягового усилия Рт, которое должно быть больше или равно сумме всех возникающих при работе машины сопротивлений – ∑W.
Рт ≥ ∑W (2.6.)
За расчетное тяговое усилие Рт, при определении потребной силы тяги, принимают наименьшую по величине силу тяги по двигателю или сцеплению.
Объем призмы Qпр волочения зависит от геометрических размеров отвала и свойств грунта
L × H2
Qпр = ––––––––– (2.7.)
2 × kпр
где L – ширина отвала, м;
H – высота отвала с учетом козырька, м;
kпр – коэффициент, зависящий от характера грунта (связности, коэффициента рыхления) и от отношения H/L.
Значения коэффициента kпр
Отношение H/L | 0,15 | 0,3 | 0,45 |
Связные грунты (1…2 категории ) | 0,75 | 0,78 | 0,85 |
Несвязные грунты (3…4 категории) | 1,15 | 1,20 | 1,50 |
Этот коэффициент получен в результате обработки экспериментальных данных по производительности бульдозеров.
Суммарное сопротивление движению бульдозера при транспортировании грунта отвалом по горизонтальной площадке определяется по формуле:
∑W = W1 + W2 + W3 + W4, (2.8.)
где W1 – сопротивление резанию;
W2 – сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом;
W3 – сопротивление перемещению грунта вверх по отвалу;
W4 – сопротивление движению бульдозера.
Сопротивление перемещению призмы грунта перед отвалом
W2 = Qпр × γ × µ2 = G пр × µ2
где Qпр – фактический объем призмы волочения в плотном теле, м3
G пр – сила тяжести призмы волочения, Н;
γ – удельный вес грунта в плотном теле, кН/м3;
µ 2 – коэффициент трения грунта по грунту.
Сопротивление от перемещения грунта вверх по отвалу
W3 = G пр × Сos α × µ 1
где α – угол резания;
µ 1 – коэффициент трения грунта по металлу, находится в пределах 0,3…0,6 (I категория – 0,46…0,6; . II категория – 0,37…0,41; III категория – 0,24…0,31; IV категория – 0,18…0,22)
Сопротивление перемещению бульдозера
W4 = Gбул ×f
где G – сила тяжести трактора и бульдозера, Н;
f = 0,1…0,12 – коэффициент сопротивления перемещению трактора с бульдозером.
Сопротивление резанию грунта отвалом
W1 = kрез × L × hрез
где L – ширина отвала бульдозера, м;
hрез – глубина резания во время перемещения призмы грунта, м;
kрез – удельное сопротивление грунта лобовому резанию, Н/м2.
Средние значения kрез при угле резания α = 45…60о
Категория грунта | Значение kрез, кН/м2. |
I категория | 10…40 |
II категория | 60…80 |
III категория | 100…160 |
IV категория | 150…250 |
При транспортировании призмы волочения часть ее теряется в боковые валики, поэтому нож бульдозера должен быть заглублен на некоторую величину hj для срезания стружки, восполняющей потери грунта в боковые валики. Потери грунта в боковые валики на 1 м пути могут быть оценены коэффициентом кп.